从日本地震后福岛核电事故看非能动安全系统的重要性

    地震发生后核电厂反应堆自动关闭，这时核反应堆内，炽热的燃料棒需要大量冷却水来进行降温。而由于电网在地震中受损供电中断，地震引发的海将柴油发电机房淹没，造成应急供电系统不能工作，高温使反应堆温度升高、压力增大，堆芯融化。抢险人员为减少反应堆内的巨大压力，打开阀门排出含有大量氢气的放射性气体，此外，喷在反应堆外壳上的“降温水”也在高温作用下分解成氢气，这些四处扩散的氢气在进入机房后爆炸，将整个厂房屋顶和外墙摧毁。因此，在地震等自然灾害发生时往往造成供电中断，同时遭受损坏的应急供电系统不能工作，造成类似这样的事故。

    核电站冷却系统正常工作流程是：水泵把完成冷却任务的热水从反应堆中吸出来送入热交换器，然后把冷水灌入反应堆带走热量。现在，因为停电，上述流程无法进行，只能通过灌入海水给反应堆降温，结果在海水沸腾后产生大量蒸汽并造成反应堆压力过高。现在，福岛核电站内反应堆冷却系统依然因被海啸带来的洪水浸泡着而无法运转，救援人员只能通过用消防车灌入海水的方式来为发生“过热故障”的3个核反应堆降温。这种极为原始的抢险方法说明，日本已无法通过正常手段来确保出现问题的反应堆恢复正常。

    因此，三代核电的非能动安全系统在应对这种灾害时就显得十分主动。非能动，就是利用自然界物质固有的规律来保障安全，即不需要泵、交流电源、应急柴油机等外界能动动力驱动，而是利用物质的重力、惯性以及流体的自然对流、扩散、蒸发、冷凝等原理，在事故应急时冷却反应堆厂房（安全壳）并带走堆芯余热。按这种思路的设计，既简化了系统、减少了设备和部件，又大大提高了安全性。核电厂较传统二代核电厂的阀门减少50％，水泵减少35％，安全级管道减少80％，抗震建构筑减少45％，电缆减少70％，厂房建筑和设备配置也都大幅减少。因而在建造时能够缩短工期，节约成本，在核电厂正常运行期间能够减少试验、检查和维护的工作量。在事故条件下，甚至失去交流电源后72小时以内无需操纵员动作，可以保持堆芯的冷却和安全壳的完整性。

　　非能动并不神秘。事实上，非能动作为一种技术手段，从人类尝试利用核能之初即被应用。靠重力使控制棒下落而停堆、主泵惰转技术、止回阀技术等一项项非能动技术的应用解决了核电厂中的某一具体问题或替代了某一具体设备。非能动的应用不止于核电领域。例如在油气储运中，采用非能动控制系统实现管道流体输送的调节与控制，不需外设动力源和能动设备，能够适应沙漠、河流、海洋、森林、冰雪等恶劣的自然条件。可以预见，非能动反映了技术探索过程中简单、可靠、节约、本质的需要，必将在核电和其他领域得到更为广泛的应用。

    附注：美国三里岛核事故。1979年3月28日凌晨，三里岛核电厂2号机组正在接近满功率运行。由于蒸汽发生器的冷却丧失，核反应堆和汽轮机自动停止运行，三个辅助给水泵自动起动，但因给水管上的阀门在检修后忘了打开，蒸汽发生器得不到必要的冷却，致使蒸汽发生器烧干并且不能冷却一回路冷却剂。一回路的温度和压力上升，过压使得卸压阀自动打开，但是这个阀门未能回座，造成一回路三分之一多的冷却剂（约121立方米）从系统中流失（失水事故）。在初始事件后两分钟，应急堆芯冷却系统投入运行，将新的冷却水注入一回路系统。然而电厂运行人员错误地认为一回路已经注满了水，因而在几分钟后关闭了高压应急注入系统。在事故开始后大约两小时八分钟，运行人员发现稳压器阀门是打开的，关上阀门才停止了反应堆冷却剂的流失。在事故发生大约三个半小时后，大量高压冷却水注入，结束了堆芯过热熔化。